第三章 压力容器材料以及环境和时间对其性能的影响.ppt

过程设备设计 五、焊接接头检验 破坏性检验 非破坏性检验 外观检验 密封性检验 无损检测 直观检验 量具检验 射线透照检测 超声检测 表面检测 磁粉检测 渗透检测 涡流检测 测内部缺陷 测表面和近表面缺陷 设计中要给出相 应的检测方法 （用水、气、油等） 3.2 压力容器制造工艺对钢材性能的影响 过程设备设计 3.2.3 热处理 改善综合性能热处理 压力容器制造中的热处理 焊后消除应力热处理 固溶处理 稳定化处理 3.2 压力容器制造工艺对钢材性能的影响 过程设备设计 一、焊后消除应力热处理 目的： 尽量消除因塑性变形加工、锻造、焊接等引起的残余应力，改善焊接接头的塑性和韧性，恢复因冷作和时效而劣化的力学性能。 应用： ◇当钢板很厚，介质的毒性程度为极度或高度危 害，或有应力腐蚀倾向时，压力容器应进行焊后 热处理。 ◇由于有色金属、不锈钢的塑性好，用它们制造的压 力容器一般不进行热处理。 对于压力容器中经常遇到的厚截面钢板或锻件， 很难使整个截面上的性能尽可能均匀， 此时应精心设计热处理工艺并严格执行。 3.2 压力容器制造工艺对钢材性能的影响 过程设备设计 二、改善综合性能热处理 1、固溶处理 将合金加热到一定温度并保持足够长时间,使过剩相充分溶解到固溶体中,然后在水中或空气中快速冷却,以抑制这些被溶物质重新析出,从而得到在室温下的过饱和固溶体的工艺，称为固溶处理。 目的： 提高合金的韧性和抗腐蚀性。 3.2 压力容器制造工艺对钢材性能的影响 过程设备设计 例如，含钛或铌的奥氏体不锈钢在850～900℃温度范围内加热适当时间，使钛或铌以碳化物的形式析出，从而达到稳定组织的目的，提高抗晶间腐蚀的能力。 2、稳定化处理 目的：稳定组织，防止构件形状和尺寸发生时效性变化。 3.2 压力容器制造工艺对钢材性能的影响 返回 过程设备设计 3.3 环境对压力容器用钢性能的影响 教学重点： 温度对钢材性能的影响。 教学难点： 高温下钢材的性能和性能劣化。 3.3 环境对压力容器用钢性能的影响 过程设备设计 3.3.1 温度 不同用途的压力容器的工作温度不同。 钢材在 低温 中温 高温 下，性能不同 高温下，钢材性能往往与作用时间有关 介绍几种情况的影响 一、短期静载下温度对钢材力学性能的影响 二、高温、长期静载下钢材力学性能 三、高温下材料性能的劣化 3.3 环境对压力容器用钢性能的影响 过程设备设计 一、短期静载下温度对钢材力学性能的影响 1、高温下 图3-3 温度对低碳钢力学性能的影响 温度较高时，仅仅根据常温下材料抗拉强度和屈服点来决定许用应力是不够的，一般还应考虑设计温度下材料的屈服点。 3.3 环境对压力容器用钢性能的影响 过程设备设计 2、低温下 随着温度降低，碳素钢和低合金钢的强度提高，而韧性降低。当温度低于20℃时，钢材可采用20℃时的许用应力。 韧脆性转变温度——（或脆性转变温度） 当温度低于某一界限时，钢的冲击吸收功大幅度地下降，从韧性状态变为脆性状态。这一温度常被称为韧脆性转变温度或脆性转变温度。 3.3 环境对压力容器用钢性能的影响 概念 图3-4 低碳钢冲击吸收功和温度的关系曲线 3.3 环境对压力容器用钢性能的影响 过程设备设计 过程设备设计 低温变脆的金属： 具有体心立方晶格的金属 如碳素钢和低合金钢 低温仍有很高韧性的金属： 面心立方晶格材料如铜、铝和奥氏体不锈钢，冲击吸收功随温度的变化很小，在很低的温度下仍具有高的韧性。 3.3 环境对压力容器用钢性能的影响 3.3 环境对压力容器用钢性能的影响 过程设备设计 过程设备设计 二、高温、长期静载下钢材性能 蠕变现象： 在高温和恒定载荷的作用下，金属材料会产生随时间而发展的塑性变形，这种现象被称为蠕变现象。 碳素钢 420℃ 400-500oC 低合金钢 一定的应力作用 发生蠕变 蠕变的结果是使压力容器材料产生蠕变脆化、应力松弛、蠕变变形和蠕变断裂。 因此,高温压力容器设计时应采取措施防止蠕变破坏发生。 蠕变的危害 3.3 环境对压力容器用钢性能的影响 过程设备设计 1、蠕变曲线 蠕变曲线三阶段 一.减速蠕变 二.恒速蠕变 三.加速蠕变 图3-5 蠕变应变与时间的关系 3.3 环境对压力容器用钢性能的影响 一定压力和一定温度下 过程设备设计 cd为蠕变的第三阶段 ab为蠕变的第一阶段 即蠕变的不稳定阶段，蠕变速率随时间的增长而逐渐降低，因此也称为蠕变的减速阶段. bc为蠕变的第二阶段 在此阶段，材料以接近恒定蠕变速率进行变形，故也称为蠕变的恒速阶段. 在这阶段里蠕变速度不断增加，直至断裂。 oa线段——试样加载后的瞬时应变。 a点以后的线段——从a点开始随时间增长而产生